線框式DNA納米結構

DNA（脫氧核糖核酸）是一種傳遞生命密碼的神奇物質，它為人所熟知的是雙螺旋結構，時至今日，這種生命的分子竟然會變得如此富有創意。

清華大學生命科學學院魏迪明分子設計課題組和清華大學醫學院向燁課題組在《自然·通訊》雜志上發表論文稱，他們以DNA簡單分支作為結構單位，構建了管狀結構、多面體和多層三維陣列結構等復雜結構，這使得核酸分子設計的最初藍圖得以實現。

把DNA自組裝成所需二維圖案

作為一種天然的生物大分子，DNA不僅是生命的密碼，還可作為制造納米級構件和機器的通用元件。由于DNA的尺寸為納米級別，具有剛性結構、編碼性強的特點，于是，DNA納米技術的研究者利用DNA分子的自組裝特性，根據核酸堿基互補配對的作用，設計并在試管中構造出精確而復雜的、納米級精度的有序結構。這種DNA納米結構還可以在特定的位置對DNA鏈進行修飾，使之作為支架引導其他分子或納米材料進行可控的自組裝。

這一新興的領域被稱為DNA折紙技術。折紙是指人們能用一張紙，就可折疊出飛機、青蛙和花朵。同樣的，發明DNA折紙技術的科學家使用比頭發絲還細一千倍的DNA和RNA等核酸分子，折疊、自組裝成復雜的結構。而當DNA中互補的核苷酸堿基接觸并結合時，就會產生這樣的結果。

2006年，加州理工學院的科研團隊通過DNA折紙術，選用噬菌體M13的基因組DNA作為長鏈，然后用兩百多條短的單鏈DNA通過堿基互補配對原則，“釘”在長鏈構成的支架上，將長鏈折疊成想要的矩形、三角形、五角星和笑臉等多種二維平面圖案。

傳統的DNA自組裝方式是要先用酶將DNA分子“切”開，然后在模具中重新組建其雙螺旋結構。與之相比，DNA折紙術不僅能在納米尺度上進行更為精確的組裝與排列，得到更復雜精細的可編程圖案與結構，而且實驗操作更為簡便、組裝效率更高。

一條長單鏈DNA代替許多短鏈DNA

不過，使用長短鏈配對組合的DNA折紙技術時，由于具有如此多的短鏈DNA，科學家不能利用生物系統，將它們進行復制，因此，解決這個問題的一種方法是，設計一條能夠自我折疊成任何結構的長鏈DNA。2017年，美國亞利桑那州立大學和哈佛大學的研究人員開發出一種單鏈折紙術，使用長而細的面條狀單鏈DNA或RNA（核糖核酸），先后經過加熱和冷卻處理，使其折疊成所設計的結構。

科學家通過破解RNA的結構形成機制，通過克隆其序列，在大腸桿菌等活細胞中，或利用酶在試管中制造出所需要的特定結構單鏈DNA和RNA。

納米機器人實現精準醫療

我國科學家在DNA折紙技術方面也取得了較多突破，2017年清華大學魏迪明分子設計實驗室就提出了一種新的構建DNA折紙結構方法，即折疊骨架DNA形成鏈交換位點，以骨架DNA的折疊片作為結構模塊，相鄰的結構模塊通過平行排列的支架DNA互相固定。這種構建讓DNA折紙結構變得模塊化，從而降低了DNA折紙結構的設計難度和成本，并提高了所得結構的可變性和復雜度。

DNA折紙技術的應用正在深入?？萍疾炕A研究管理中心發布的2018年度中國科學十大進展中，就包括國家納米科學中心等研發的納米機器人項目。對此，中科院化學研究所研究員高明遠評價說，不同于眾所周知的化療、靶向治療策略，納米機器人項目組提出了一個全新的治療方式?！笆紫扔肈NA折紙技術構建了一個片狀的分子，然后把它折疊起來，形成一個藥物載體。在這個載體的邊緣，加載了可以識別腫瘤的分子。這個藥物載體到達腫瘤區域被識別后才會再打開，把里面包載的藥物釋放出來，實現腫瘤的精準治療?！?/p>

目前，利用DNA折紙技術研發的納米機器人已經實現在豬和小鼠等活體血管內穩定工作，并高效完成定點藥物輸運功能。而清華大學生命科學學院等公布的最新研究中，構建的管狀、多面體和多層三維陣列等結構的每條短鏈DNA具有不同序列，能進行特定位點的序列設計和修飾，因此，可為精準醫療等提供更好的支撐。